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Ferromagnetismus: Forscher erzeugen einen Kupfermagneten

Ein Wissenschaftlerteam hat das eigentlich Unmögliche geschafft: Sie haben Kupfer und Mangan dauerhaft magnetisiert. Möglich macht es ein Kniff auf der Nanoebene.
Metalle in Würfelform

Nur wenige Metalle sind bei Raumtemperatur magnetisch – die Elemente Kupfer und Mangan gehören eigentlich nicht dazu. Doch durch eine geschickte Kombination mit fußballförmigen Kohlenstoffmolekülen, so genannten Buckyballs, lassen sie sich dennoch magnetisieren, wie ein Team um Oscar Cespedes von der University of Leeds nun demonstriert hat.

Kupfer und Mangan sind nicht ferromagnetisch, weil sich die Spins ihrer Elektronen wechselseitig ausgleichen. Die Wissenschaftler erzeugten nun jedoch eine Sandwichstruktur aus nur millionstel Millimeter messenden Schichten Kupfer beziehungsweise Mangan sowie den Buckyballs. Letztere sind dafür bekannt, dass sie Elektronen aus ihrer Umgebung anziehen. In den Metallatomen sorgte dies für ein Ungleichgewicht, das verhinderte, dass sich die Elektronenspins gegenseitig aufheben können. Wurde ein externes Magnetfeld an den Materialverbund angelegt, blieb es – wenn auch nur zu zehn Prozent der ursprünglichen Stärke – dauerhaft erhalten. Diese Magnetisierbarkeit zeigte sich ausschließlich in einem Bereich von wenigen Nanometern Entfernung zur Kohlenstoffschicht.

Bei einer ungeschützten Materialprobe verliert sich die Magnetisierung auf Grund von Oxidation im Verlauf einiger Tage wieder. Dennoch hoffen die Wissenschaftler, mit ihrer Studie die Tür zur Erforschung neuartiger magnetischer Materialien aufgestoßen zu haben. Sie könnten nach Aussage von Cespedes und Kollegen beispielsweise als umwelt- und körperfreundliche Alternativen zu den gadolinumhaltigen Kontrastmitteln in der Magnetresonanztomografie weiterentwickelt werden.

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